【精品论文】辽宁抚顺与吉林罗子沟油页岩在抚顺式干馏系统的应用浅析.pdf

1994-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第10卷 第5期 2010年2月 1671 - 1815 (2010) 521233205 科 学 技 术 与 工 程 science technology and engineering vol110 no15 feb12010 2010 sci1tech1engng1 辽宁抚顺与吉林罗子沟油页岩在抚 顺式干馏系统的应用浅析 何红梅 孙 峰 1 (抚顺矿业集团页岩炼油厂,抚顺113115;辽宁石油化工大学职业技术学院1,抚顺113001) 摘 要 通过对抚顺与吉林罗子沟油页岩成岩的地质年代简介,及对两家油页岩理化性质的分析,说明了因油页岩性质差异 导致页岩干馏产品的性质、 产品用途、 生产操作条件等等的不同,为油页岩生产实践和开发利用提供指导作用。 关键词 抚顺油页岩 吉林罗子沟油页岩 油页岩性质的差异 生产操作条件差异 中图法分类号 te662. 5; 文献标志码 b 2009年11月2日收到 1 辽宁抚顺与吉林罗子沟油页岩矿区简介 辽宁抚顺与吉林罗子沟分别是我国油页岩的主 要矿区,在20世纪50年代都有过油页岩的工业开 采历史,而今两地又都是具有一定规模的生产页岩 油的厂家。抚顺现有11套页岩干馏装置,设计年产 页岩油为35万吨。吉林罗子沟镇早在1958年就曾 进行过油页岩的综合开发,由于当时工艺及设备均 比较落后,于1960年停产。而由龙腾能源有限公司 投资兴建的罗子沟炼油厂于2006年8月建成投产, 工程设计建成三套页岩干馏装置,目前已建成两套 干馏装置,设计年产页岩油能力为6万吨。 油页岩的性质与其形成时所受的地理构造、 沉 积环境、 气候等因素有关,下面是两个矿区油页岩生 成的地质条件及矿区情况 1 。 1. 1 抚顺油页岩矿区 抚顺已有70多年的工业开采历史了,矿区位于 辽宁省东部的抚顺矿区,东西长达18 km,南北宽 (2 3) km,抚顺矿区油页岩属于新生代第三纪,赋 存于含煤地层中。含煤地层上覆第四纪地层,下伏 白垩纪地层,白垩系之下为花岗片麻岩层,构成了煤 田的基底。油页岩直接覆盖在煤层之上,而油页岩 上层为绿页岩。油页岩矿层的厚度变化很大,为 (48 190) m不等,平均95 m,矿层倾向北,平均倾角 30左右,矿区油页岩的含油率为2%10% ,平均为 5. 5%左右。油页岩属中等品位矿石,富矿平均含油 率6. 71% ,贫矿平均含油率为2. 94%。全矿区油页 岩储量,按含油率4. 7%以上(4. 7%以上为富矿)计 算,现有油页岩总储量36亿吨。 抚顺油页岩属于新生代第三纪陆相湖泊沉积, 成因类型为腐泥型,抚顺沉积盆地先后经历了从沼 泽过渡到湖泊两个沉积阶段,属于腐泥型页岩。在 油页岩中发现有大量的淡水藻类、 龟、 鲤鱼和树木等 化石,还有大量的植物叶片、 花粉、 孢子等化石。 抚顺矿区油页岩与煤共生,埋藏量大,覆盖层 薄,矿层倾斜较缓。虽然油页岩含油率不高,但矿区 西部的油页岩覆盖在厚煤层的上部,是露天采煤时 必须预先剥离的剥离层,开采成本低。 1. 2 罗子沟油页岩矿区 罗子沟油页岩矿区位于吉林省汪青县罗子沟镇 西侧3 km处,汪青县城东北40的方位,罗子沟盆地 地处长白山北段老爷岭东麓,矿区位于罗子沟盆地 的中北部,属丘陵地形。罗子沟盆地油页岩赋存于 白统大砬子组二段,埋藏较浅,地层倾角较缓为4 6,富矿呈东西带状分布,矿区最大厚度可达20 m, 1994-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 科 学 技 术 与 工 程10卷 最小厚度5 m,平均厚度12. 5 m,含油率为3. 51% 14. 37% ,平均6. 04%。油页岩储量范围为60平方 公里,远景储量4. 5亿吨,已探明储量1. 5亿吨 2。 该地油页岩具有典型内陆湖泊成因特点,其成 因类型为腐泥型( 型)和腐植腐泥型(型)。普 遍含有丰富的植物碎屑及动物化石。大砬子组为一 个完整的三级层序,主要油页岩层形成在水进体系 域和高水位体系域,含油率高,赋存稳定。从平面 上,油页岩富矿中心呈东西向带状分布;在纵向上, 共见有29层油页岩,其中有7层为可采油页岩层, 2 层和3层油页岩呈层状产出,连续、 稳定、 含油率高, 具有巨大的经济开发价值。 从两地的油页岩的成因来看,虽都属于湖泊,内 含大量的动植物化石,但成岩的地质年代不同,相差 较远,抚顺为新生代第三纪(距今已有67百万年 ) , 而罗子沟为古生代的二叠纪(距今285百万年)和中 生代的三叠纪(距今已有230百万年)。因此,罗子 沟油页岩成岩年代决定了其油页岩的碳化程度要高 于抚顺,在元素分析中,罗子沟油页岩的碳元素含量 高于抚顺也证实了这一点,碳氢比也高于抚顺油 页岩。 通过以上地质条件的简略分析,汇同下面的油 页岩的性质,期望能起到指导油页岩的生产实践和 综合利用的作用。 2 油页岩理化指标对照情况 2. 1 物理性质 见表1。 表1 油页岩物理性质 项目单位抚顺指标罗子沟指标抚、 罗对照说明 外观 外观多呈泥岩状,其中的矿物质常与有机质均 匀细密地混合,而含有大量粘土矿物的油页岩, 往往形成有明显的片理。颜色多为浅褐色 2 深 褐色,条痕为褐色,颜色越深含油率越高。投入 炉火中使之燃烧,发出黄色浓烟及沥青臭味。 外观为黑色、 灰黑色,条痕为深褐色,块状 构造,少成片状,具油腻感,坚韧而不易破 碎,有的页岩含有明显的分布不均的类似 沥青的物质。用明火即可点燃,冒浓烟并 伴有浓烈沥青味。 罗子沟的油页岩 具有更低的燃点 和含有更多的有 机质。 堆比重t/m31. 9 - 2. 46,平均为2. 181. 72 - 2. 29,平均为2. 01罗比重较小 比热kcal/kg0. 26 - 0. 270. 260. 01 熔点 变形、 软化、 流动温度 1 320、1 355、1 3701 020、1 140、1 240 变形300、 软化 215、 流动130 热强度 常温25mm, %82. 566. 2 说明抚顺油页 岩的热强度 较差,受热易碎。 55025mm, %79. 759. 7 90025mm, %41. 751. 1 硬度肖氏硬度顺层向28,逆层向34. 7 罗没有数据,但实际生产表明硬度大于抚顺的 油页岩,与成岩年代古老相符合。 2. 2 工业分析(分析基) 见表2。 表2 油页岩成份 矿区 水份/ % 挥发分/ % 灰份/ % 固定碳/ % 热值 mj /kg 辽宁抚顺3. 517. 6475. 613. 255. 6 - 6. 3 吉林罗子沟1. 2127. 6267. 703. 479. 6 - 12. 5 抚、 罗对照情况2. 299. 987. 910. 224. 0 - 6. 2 2. 3 元素分析(分析基) 见表3。 表3 油页岩元素分析 矿区 cf/ % hf/ % of/ % nf/ % sf/ % c/h 辽宁抚顺12. 802. 176. 010. 600. 555. 90 吉林罗子沟21. 502. 446. 200. 770. 558. 81 抚、 罗对照情况8. 70. 270. 190. 1702. 91 4321 1994-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 5期何红梅,等:辽宁抚顺与吉林罗子沟油页岩在抚顺式干馏系统的应用浅析 从工业分析和元素分析的对照情况可知:罗子 沟油页岩的挥发分、 碳、 氢、 氧、 氮的含量明显高于抚 顺油页岩,由于挥发分指标是高温下主要有机物分 解的结果,因此可判断出罗子沟油页岩有机质含量 较高,其含油率也相应较高。 3 油页岩干馏产品 由于罗子沟炼油厂采用的干馏工艺与抚顺页岩 炼油厂完全相同,但由于页岩理化性质的差异,其干 馏产品的性质与抚顺又不完全相同。表4是两地页 岩油产品、 副产品瓦斯、 采油效率、 工艺页岩炼率等 生产指标对照表。 3. 1 页岩油产量等生产指标对照表 见表4。 表4 生产指标 矿区 水份 /% 含油率 /% 工艺炼 率t页 岩/t油 页岩处 理量 / (td- 1) 单部 产量 / (td- 1) 采油效 率/% 下部供 热比例 /% 抚顺6. 107. 0022. 12 1209663. 9163. 23 罗子沟4. 507. 1019. 71 99410171. 3569. 97 抚与罗 对照 1. 600. 012. 412657. 446. 74 从表4可看出:由于抚顺页岩的含水量较大,虽 然含油率不算低,页岩处理量也较高,但由于罗子沟 炼油厂下部供热比例较大,供给干馏所需热量充足、 合理,使得炼率较低、 干馏效率较高,因此,页岩油产 量则会有所增加。 3. 2 页岩油分析化验数据 见表5。 表5 页岩成份分析 分析项目标准指标抚顺罗子沟抚罗对照 水份/%2. 00. 120. 270. 15 灰份/%0. 30. 0750. 087 50. 013 闪点/ 开口110139120. 118. 9 凝点/393324. 58. 5 机械杂质/%2. 00. 6940. 3780. 316 运动粘度 (v 50湹沱)15 10. 8021. 8611. 06 密度 (d 20 4 ) 0. 895 40. 928 60. 033 2 从表5可看出:抚顺页岩油的凝点要比罗子沟 高出8. 5,但运动黏度低了11. 06 mm 2 /s,密度也 低于罗子沟,充分说明了罗子沟页岩油轻质馏分较 多,重质馏分相对较少。因此,目前抚顺页岩油在利 用方向上主要是以船用燃料为主,而针对罗子沟的 页岩油凝点低的特点,可以考虑与价格低廉的重质 焦油等进行调合后出售,以获得高利润值。当页岩 油产量达到一定规模后,应该考虑油品的深加工利 用,抚顺重柴油馏分含有大量石蜡,经硫酸-白土精 制或加氢精制后,生产出商品石蜡。而罗子沟页岩 油馏分中因含轻柴油馏分较多,其十六烷值较高,经 过精制后可用作高速柴油机燃料。 3. 3 副产品瓦斯化验数据 见表6。 表6 页岩副产品分析 矿区 co2 /% cnhm /% o2 /% co /% h2 /% ch4 /% n2 /% 热值 kj / (nm3) 抚顺16. 81. 22. 23. 07. 14. 065. 73 323. 85 罗子沟22. 41. 00. 83. 611. 74. 456. 13 908. 84 从表6的瓦斯分析数据可看出:抚顺的二氧化 碳、 氢含量均明显低于罗子沟,而氧、 氮含量均高于 罗子沟。在干馏炉气化段中,主要发生氧化反应、 其 次是还原反应,因罗子沟油页岩固定碳含量较高,在 氧化反应过程中需要较多的空气,使半焦中的固定 碳能充分燃烧生成二氧化碳,放出大量的热量来供 给页岩干馏所需的热量。这从二氧化碳值超过 20%、 氢气超过10% ,氧气低于1. 0%来看,说明了 干馏炉下部气化段的氧化层反应比较充分、 完全。 在还原反应过程中,氧化产生的大量的二氧化碳与 炽热的碳发生还原反应,产生了一氧化碳和氢气,增 加了瓦斯中的可燃成份,这也是罗子沟页岩热值比 抚顺瓦斯热值高出很多的原因。 反之,抚顺油页岩中由于固定碳含量较低,使得 气化段中氧化层的反应不是很充分,氧气并没有完 全耗尽,因此,二氧化碳的生成量也相对较低,由于 放出的反应热相对较少,导致还原层的气化反应也 不是较充分,这是抚顺瓦斯中二氧化碳、 氢气含量较 低的主要原因。 5321 1994-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 科 学 技 术 与 工 程10卷 3. 4 生产操作配量 在两家干馏装置页岩处理量(见表 7) 相同的情 况下,抚顺剩余瓦斯量(10 00011 000) nm 3 /h, 而罗子沟剩余瓦斯量则为(11 50012 500) n m 3 /h,分析原因:罗子沟炼油厂充分利用了页岩中 较多固定碳的有利条件,干馏炉供热主要采取以下 部气化段供热为主的方式,且供热量达到总供热的 70% ,因而干馏段供热即循环瓦斯供热则仅占 30% ,因此减少了循环瓦斯用量,剩余瓦斯量增多。 而抚顺则因固定碳含量较低,使得干馏炉气化段供 热占总供热的60%65% ,因此,必须增加干馏段 上部供热即循环瓦斯供热,这是抚顺页岩炼油厂剩 余瓦斯量较少的原因。 表7 两家炼油厂单部干馏系统主要生产配量情况 矿区 主风量 / (m3h- 1) 循环瓦斯量 / (m3h - 1) 剩余瓦斯量 / (m3h- 1) 抚顺16 00018 000 48 00052 00010 00011 000 罗子沟15 00017 000 42 00044 00011 50012 500 4 结论 (1)通过抚顺与罗子沟油页岩的地质生成条 件、 理化性质的对照,简述了页岩油产品及两家炼油 厂生产条件的不同,进而使得主要生产指标如页岩 油产量、 工艺炼率及页岩油、 瓦斯性质等的不同。建 议若为类似性质的油页岩做干馏炼油装置设计时, 要根据油页岩的理化性质等指标,应考虑适当加大 页岩油回收系统的能力。 (2)罗子沟油页岩的熔点比抚顺油页岩的熔点 低,特别是变形温度和软化温度分别低了300、 215,因此,利用罗子沟页岩进行干馏生产时要特 别注意气化段温度的控制,绝对不能照搬抚顺的生 产操作经验,否则可能会造成干馏炉气化段的炼炉 事故,这与在抚顺干馏生产操作中干馏段易发生炼 炉而气化段不易发生炼炉有着较大的区别。 (3)罗子沟页岩油的凝点较低,仅为 (17 25) ,该种页岩油更适合于提炼其中的轻柴组分, 以获得更大的经济效益。而抚顺页岩油因其含有较 多的重质馏分,在页岩油产品具备规模后,更适合先 提炼轻柴,再对重质馏分进行工艺处理,生产商品石 蜡等。 (4)在罗子沟油页岩元素分析中,由于碳氢比 值较高,工业分析中挥发分也较高,说明其油页岩含 油率即页岩品位也较高,页岩干馏后的半焦中固定 碳含量较高,因此,应充分利用干馏炉下部即气化段 供热,减少上部干馏段的循环瓦斯供热,以增加剩余 瓦斯量,因此,在考虑剩余瓦斯用作锅炉或发电机组 燃料时,应根据剩余瓦斯量确定合适的发电机组台 数,达到充分利用能源和减少环境污染目地。 (5)从油页岩的热强度指标对照情况可看出: 抚顺油页岩入炉后的热稳定性没有罗子沟油页岩 好,表现在生产中为炉底主风压力、 循环瓦斯压力均 相对较大,因此,特别是在页岩品位稍低时或有风化 现象页岩入炉进行干馏生产时,干馏炉会因主风压 力和循环压力加大而使主风量和循环瓦斯量给定困 难。而在罗子沟炼油厂则较少出现类似的生产问 题。建议抚顺应尽量加大尾矿量筛出,以确保入炉 工艺页岩的粒度,从而保证生产各种配量的给定 稳定。 参 考 文 献 1 候祥麟,中国页岩油工业,北京:石油工业出版社, 1960 2 张海龙,刘招君,史冀忠,等,罗子沟盆地下白垩统大砬子组油页 岩成矿规律分析.中国地质, 2007; 34 (1) : 8691 6321 1994-2010 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 5期何红梅,等:辽宁抚顺与吉林罗子沟油页岩在抚顺式干馏系统的应用浅析 pilot study on o il shale of fushun, l iaoning and luozigou, jilin processed by fushun retorting system he hong2mei, sun feng 1 (fushunmining group shale oil plant production technologydepartment, fushun 113115, p. r. china; liaoning shihua university, school ofvocational technology1, fushun 113001, p. r. china) abstract different properties is illustrated, used and produced and operated conditions of oil shale retorting products resulted from different shale oil nature by brief introduction of oil shale diagenesis geological age and analysis of physical and chemicalpropertiesof fushun oil shale and luozigou oil shale, which functions as the guide for oil shale productive practice, development and utilization. key words fushun oil shale jilin luozigou oil shale difference in the nature of oil shale difference in producing and operating conditions . (上接第1232页) 参 考 文 献 1 刘庆旺,范振中,王德金.弱凝胶调驱技术.北京:石油工业出版 社, 2003 2 宋万超.高含水期油田开发技术和方法.北京:地质出版社, 2003 3 唐孝芬,刘戈辉,李良雄,等.堵水调剖用暂堵剂dzj298的研制与 性能评价.油田化学, 1999;